高三物理热力学第二定律
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热力学第二定律一、自发反应—不可逆性(自发反应乃是热力学的不可逆过程)一个自发反应发生之后,不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响,也就是说自发反应是有方向性的,是不可逆的。
二、热力学第二定律1.热力学的两种说法:Clausius:不可能把热从低温物体传到高温物体,而不引起其它变化Kelvin:不可能从单一热源取出热使之完全变为功,而不发生其他的变化2.文字表述:第二类永动机是不可能造成的(单一热源吸热,并将所吸收的热完全转化为功)功热【功完全转化为热,热不完全转化为功】(无条件,无痕迹,不引起环境的改变)可逆性:系统和环境同时复原3.自发过程:(无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的过程)特征:(1)自发过程单方面趋于平衡;(2)均不可逆性;(3)对环境做功,可从自发过程获得可用功三、卡诺定理(在相同高温热源和低温热源之间工作的热机)(不可逆热机的效率小于可逆热机)所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机,其热机效率都相同,且与工作物质无关四、熵的概念1.在卡诺循环中,得到热效应与温度的商值加和等于零:任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态,而与可逆途径无关热温商具有状态函数的性质:周而复始数值还原从物理学概念,对任意一个循环过程,若一个物理量的改变值的总和为0,则该物理量为状态函数2。
热温商:热量与温度的商3。
熵:热力学状态函数熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量(数值上相等)4. 熵的性质:(1)熵是状态函数,是体系自身的性质是系统的状态函数,是容量性质(2)熵是一个广度性质的函数,总的熵的变化量等于各部分熵的变化量之和(3)只有可逆过程的热温商之和等于熵变(4)可逆过程热温商不是熵,只是过程中熵函数变化值的度量(5)可用克劳修斯不等式来判别过程的可逆性(6)在绝热过程中,若过程是可逆的,则系统的熵不变(7)在任何一个隔离系统中,若进行了不可逆过程,系统的熵就要增大,所以在隔离系统中,一切能自动进行的过程都引起熵的增大。
第4节热力学第二定律【知识梳理与方法突破】1.热力学第二定律的理解(1)“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程,在热传递过程中,热量可以自发地从高温物体传到低温物体,却不能自发地从低温物体传到高温物体。
要将热量从低温物体传到高温物体,必须“对外界有影响或有外界的帮助”,就是要有外界对其做功才能完成。
电冰箱就是一例,它是靠电流做功把热量从低温处“搬”到高温处的。
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响。
如吸热、放热、做功等。
(3)热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性。
如机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化,进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性。
(4)适用条件:只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。
而不适用于少量的微观体系,也不能把它扩展到无限的宇宙。
(5)热力学第二定律的两种表述是等价的,即一个说法是正确的,另一个说法也必然是正确的;如一个说法是错误的,另一个说法必然是不成立的。
2.热力学第一定律与第二定律的比较项目热力学第一定律热力学第二定律定律揭示的问题它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者间的定量关系它指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时,机械能可以全部转化为内能内能不可能在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能热量的传递热量可以从高温物体自发地传到低温物体说明热量不能自发地从低温物体传到高温物体表述形式只有一种表述形式有多种表述形式联系两定律都是热力学基本定律,分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律,二者相互独立,又相互补充,都是热力学的理论基础3.能量耗散的理解(1)各种形式的能最终都转化为内能,流散到周围的环境中,分散在环境中的内能不管数量多么巨大,它也只能使地球、大气稍稍变暖一点,却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。
热力学第二定律具体内容:热力学第二定律是热力学定律之一,是指热永远都只能由热处转到冷处.热力学第二定律是描述热量的传递方向的分子有规则运动的机械能可以完全转化为分子无规则运动的热能;热能却不能完全转化为机械能.此定律的一种常用的表达方式是,每一个自发的物理或化学过程总是向著熵(entropy)增高的方向发展.熵是一种不能转化为功的热能.熵的改变量等于热量的改变量除以绝对温度.高、低温度各自集中时,熵值很低;温度均匀扩散时,熵值增高.物体有秩序时,熵值低;物体无序时,熵值便增高.现在整个宇宙正在由有序趋于无序,由有规则趋于无规则,宇宙间熵的总量在增加.克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化.开尔文表述不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响.开尔文表述还可以表述成:第二类永动机不可能造成.若要简捷热能不能完全转化为机械能,只能从高温物体传到低温物体。
物理热力学第二定律知识点整理归纳物理热力学第二定律知识点整理归纳物理是高中生学好高中的重要组成部分,学好直接影响着高中三年的成绩。
下面是店铺收集整理的物理热力学第二定律知识点整理归纳,希望大家喜欢!一、热力学第二定律建立的历史过程19世纪初,巴本、纽可门等发明的蒸汽机经过许多人特别是瓦特的重大改进,已广泛应用于工厂、矿山、交通运输,但当时人们对蒸汽机的理论研究还是非常缺乏的。
热力学第二定律就是在研究如何提高热机效率问题的推动下,逐步被发现的,并用于解决与热现象有关的过程进行方向的问题。
1824年,法国陆军工程师卡诺在他发表的论文论火的动力中提出了著名的卡诺定理,找到了提高热机效率的根本途径。
但卡诺在当时是采用热质说的错误观点来研究问题的。
从1840年到1847年间,在迈尔、焦耳、亥姆霍兹等人的努力下,热力学第一定律以及更普遍的能量守恒定律建立起来了。
热动说的正确观点也普遍为人们所接受。
1848年,开尔文爵士(威廉汤姆生)根据卡诺定理,建立了热力学温标(绝对温标)。
它完全不依赖于任何特殊物质的物理特性,从理论上解决了各种经验温标不相一致的缺点。
这些为热力学第二定律的建立准备了条件。
1850年,克劳修斯从热动说出发重新审查了卡诺的工作,考虑到热传导总是自发地将热量从高温物体传给低温物体这一事实,得出了热力学第二定律的初次表述。
后来历经多次简练和修改,逐渐演变为现行物理教科书中公认的克劳修斯表述。
与此同时,开尔文也独立地从卡诺的工作中得出了热力学第二定律的另一种表述,后来演变为更精炼的现行物理教科书中公认的开尔文表述。
上述对热力学第二定律的两种表述是等价的,由一种表述的正确性完全可以推导出另一种表述的正确性。
二、热力学第二定律的实质1、可逆过程与不可逆过程一个热力学系统,从某一状态出发,经过某一过程达到另一状态。
若存在另一过程,能使系统与外界完全复原(即系统回到原来的状态,同时消除了原来过程对外界的一切影响),则原来的过程称为可逆过程。
(3)热传导过程是有方向性的.2.热力学第二定律的克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体.即热传导的过程具有方向性.二、热力学第二定律另一种表述1.热机:(1)热机工作的两个阶段:第一个阶段是燃烧燃料,把燃料中的化学能变成工作物质的内能.第二个阶段是工作物质对外做功,把自己的内能变成机械能.(2)热机的效率:热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值.用公式表示:η=W/Q.2.开尔文表达:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响.(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)3.热力学第二定律的其他描述(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性.(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的.(3)第二类永动机是不可能制成的.4.第二类永动机(1)定义:只从单一热库吸收热量,使之完全变为功而不引起其他变化的热机.(2)第二类永动机不可能制成的原因:虽然第二类永动机不违背能量守恒定律,但大量的事实证明,在任何情况下,热机都不可能只有一个热库,热机要不断地把吸收的热量变为有用的功,就不可避免地将一部分热量传给低温热库.三、热传导的方向性1.“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助.如:重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程,它们不受外来干扰,这就是自发的过程;而在夏天,室内温度比外界低,用空调却还能不断地把室内热量向外界传递,是因为电流对空调做了功,不是自发的过程.2.热量从高温物体传递到低温物体,是因为两者存在着温度差,而不是热量从内能大的物体传递到内能小的物体,由内能的定义可知,温度低的物体有可能比温度高的物体内能大.3.理解热力学第二定律的实质:即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性.理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”四、热力学第二定律的理解1.开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热源.“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化.其物理实质揭示了热变功过程是不可逆的.2.热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性,进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性,都是不可逆的.3.两类永动机的比较第一类永动机:不消耗任何能量,可以不断做功(或只给予很小的能量启动后,可以永远运动下去).热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式,是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性.告诫人们:第一类永动机不可能制成.第二类永动机:将内能全部转化为机械能,而不引起其他变化(或只有一个热源,实现内能与机械能的转化).热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性.如机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化,进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性.告诫人们:第二类永动机不可能(3)热传导过程是有的.2.热力学第二定律的克劳修斯表述:热量不能自发地从物体传到物体.即热传导的过程具有二、热力学第二定律另一种表述1.热机:(1)热机工作的两个阶段:第一个阶段是燃烧燃料,把燃料中的变成工作物质的.第二个阶段是工作物质对外,把自己的内能变成(2)热机的效率:热机输出的与燃料产生的的比值.用公式表示:η=.2.开尔文表达:不可能从单一热库吸收热量,使之,而不产生其他影响.(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)3.热力学第二定律的其他描述(1)一切宏观自然过程的进行都具有(2)气体向真空的自由膨胀是的.(3)第二类永动机是不可能制成的.4.第二类永动机(1)定义:只从单一热库吸收热量,使之完全变为功而不引起其他变化的热机.(2)第二类永动机不可能制成的原因:虽然第二类永动机不违背,但大量的事实证明,在任何情况下,热机都不可能只有一个热库,热机要不断地把吸收的热量变为有用的功,就不可避免地将一部分热量传给低温热库.三、热传导的方向性1.“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助.如:重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程,它们不受外来干扰,这就是自发的过程;而在夏天,室内温度比外界低,用空调却还能不断地把室内热量向外界传递,是因为电流对空调做了功,不是自发的过程.2.热量从高温物体传递到低温物体,是因为两者存在着温度差,而不是热量从内能大的物体传递到内能小的物体,由内能的定义可知,温度低的物体有可能比温度高的物体内能大.3.理解热力学第二定律的实质:即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性.理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”四、热力学第二定律的理解1.开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热源.“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化.其物理实质揭示了热变功过程是不可逆的.2.热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性,进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性,都是不可逆的.3.两类永动机的比较第一类永动机:不消耗任何能量,可以不断做功(或只给予很小的能量启动后,可以永远运动下去).热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式,是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性.告诫人们:第一类永动机不可能制成.第二类永动机:将内能全部转化为机械能,而不引起其他变化(或只有一个热源,实现内能与机械能的转化).热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性.如机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化,进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性.告诫人们:第二类永动机不可能制成.1.温度不同的两个物体接触时,热量会自发地从低温物体传给高温物体.( )2.热传导的过程是具有方向性的.( )3.热量不能由低温物体传给高温物体.( )4.第二类永动机违背了热力学第二定律.( )5.科技发达后,热机的效率可以达到100%;( )6.机械能可以全部转化为内能,而内能不能自发的全部转化为机械能.( )1.热量能自发地从高温物体传给低温物体,我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助.电冰箱是让“热”由低温环境传递到高温环境.这是不是自发进行的?说明理由.2.热传递的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”?3.(多)关于热传导的方向性.下列说法正确的是( )A.热量能自发地由高温物体传给低温物体 B.热量能自发地由低温物体传给高温物体C.在一定条件下,热量也可以从低温物体传给高温物体 D.热量一定不可能从低温物体传给高温物体E.热量既可以从高温物体传递到低温物体,也可以从低温物体传递到高温物体4.关于制冷机制冷过程的说法中,正确的是( )A.此过程违反了热力学第二定律 B.此过程没有违反热力学第二定律C.此过程违反了能量守恒定律 D.此过程没有违反能量守恒定律E.此过程在消耗电能的前提下,热量从低温物体传给高温物体5.根据热力学第二定律,下列说法正确的是( )A.热机中燃气的内能不可能全部变成机械能 B.电能不可能全部转变成内能C.在火力发电机中,燃气的内能不可能全部转变成电能D.在热传导中,热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体E.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律6.如图所示,在甲图的活塞上轻轻放上一块小物体,重力做功将重力势能转化为气体内能,气体温度升高与外界进行热交换,直到乙图所示的状态,活塞还能自发地返回原位置吗?7.随着科技的不断发展,假如能够使热机没有漏气,没有摩擦,也没有机体热量损失,是不是能够使热机效率达到100%?8..根据热力学第二定律,下列说法中正确的是( )A.不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功,而不引起其他变化B.无冷凝器,只有单一热源,能将从单一热源吸收热量全部用来做功,而不引起其他变化热机是可以实现的C.制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气而不引起其他变化D.在火力发电中,燃气的内能不可能全部变成电能E.空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量9.关于热现象和热学规律,下列说法中不正确的是( )A.随着低温技术的发展,我们可以使温度逐渐降低,并达到绝对零度,最终实现热机效率100%B.热量是不可能从低温物体传递给高温物体的C.第二类永动机遵从能量守恒,故能做成D.用活塞压缩汽缸里的空气,对空气做功2.0×105 J,同时空气向外界放出热量1.5×105 J,则空气的内能增加了0.5×105 JE.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能,同时不引起其他变化1.温度不同的两个物体接触时,热量会自发地从低温物体传给高温物体.(×)2.热传导的过程是具有方向性的.(√)3.热量不能由低温物体传给高温物体.(×)1.第二类永动机违背了热力学第二定律.(√)2.科技发达后,热机的效率可以达到100%;(×)3.机械能可以全部转化为内能,而内能不能自发的全部转化为机械能.(√)1.热量能自发地从高温物体传给低温物体,我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助.电冰箱是让“热”由低温环境传递到高温环境.这是不是自发进行的?说明理由.图1041【提示】电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体,在该过程中电冰箱要消耗电能.一旦切断电源,电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了,相反,外界的热量会自发地传给电冰箱,使其温度逐渐升高.2.热传递的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”?【提示】不能.“自发地”是指没有第三者影响,例如空调、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物体,但是产生了影响,即外界做了功.1.关于热传导的方向性.下列说法正确的是( )A.热量能自发地由高温物体传给低温物体B.热量能自发地由低温物体传给高温物体C.在一定条件下,热量也可以从低温物体传给高温物体D.热量一定不可能从低温物体传给高温物体E.热量既可以从高温物体传递到低温物体,也可以从低温物体传递到高温物体【解析】在有外力做功的情况下,热量可以从低温物体传递给高温物体;而在自发的条件下,热量只能从高温物体传给低温物体,故A、C、E选项正确.【答案】ACE2.关于制冷机制冷过程的说法中,正确的是( )A.此过程违反了热力学第二定律B.此过程没有违反热力学第二定律C.此过程违反了能量守恒定律D.此过程没有违反能量守恒定律E.此过程在消耗电能的前提下,热量从低温物体传给高温物体【解析】制冷机可以从低温物体吸收热量传给高温物体,但必须消耗电能,热力学第二定律并不否认热量可从低温物体传给高温物体,关键是“不产生其他影响”,A错误,B、E正确,任何物理过程都不违反能量守恒定律,C错误,D正确.【答案】BDE3.根据热力学第二定律,下列说法正确的是( )A.热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B.电能不可能全部转变成内能C.在火力发电机中,燃气的内能不可能全部转变成电能D.在热传导中,热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体E.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律【解析】凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性.无论采用任何设备和手段进行能量转化,总是遵循“机械能可全部转化为内能,而内能不能全部转化为机械能”,故A正确;火力发电机发电时,能量转化的过程为内能→机械能→电能,因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量,故燃气的内能必然不能全部变为电能,C 正确;热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行,必须借助外界的帮助,结果会带来其他影响,这正是热力学第二定律第一种(克氏)表述的主要思想,故D正确.由电流热效应中的焦耳定律可知,电能可以全部转化为内能.故B错误;第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律,故E错误.【答案】ACD1.如图1042所示,在甲图的活塞上轻轻放上一块小物体,重力做功将重力势能转化为气体内能,气体温度升高与外界进行热交换,直到乙图所示的状态,活塞还能自发地返回原位置吗?甲乙图1042【提示】活塞不能返回原位置,气体不会自发地吸收热量将内能转化成机械能,因为这违背了热力学第二定律.2.随着科技的不断发展,假如能够使热机没有漏气,没有摩擦,也没有机体热量损失,是不是能够使热机效率达到100%?【提示】不能,原因是热机的工作物质吸收的热量不能完全用来做功,这违背了热力学第二定律.4.根据热力学第二定律,下列说法中正确的是( )A.不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功,而不引起其他变化B.没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机是可以实现的C.制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气而不引起其他变化D.在火力发电中,燃气的内能不可能全部变成电能E.空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量【解析】热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性,A对;机械能和内能的转化过程具有方向性,机械能可以全部转化为内能,而内能要全部转化为机械能必须有外界的帮助,故B错;冰箱向外传递热量时消耗了电能,故C错;火力发电时,能量转化的过程为内能→机械能→电能,因为内能向机械能转化过程中会对外放出热量,故燃气的内能必然不会全部变为电能,故D对;不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其它影响,即第二类永动机不存在,故E正确.【答案】ADE5.关于热现象和热学规律,下列说法中不正确的是( )A.随着低温技术的发展,我们可以使温度逐渐降低,并达到绝对零度,最终实现热机效率100%B.热量是不可能从低温物体传递给高温物体的C.第二类永动机遵从能量守恒,故能做成D.用活塞压缩汽缸里的空气,对空气做功2.0×105 J,同时空气向外界放出热量1.5×105 J,则空气的内能增加了0.5×105 JE.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能,同时不引起其他变化【解析】由热力学第二定律知B、C错;绝对零度不可达到,A错;由热力学第一定律知D正确;机械能可以全部转化内能,内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能,故E正确.【答案】ABC6.如图1043中汽缸内盛有定量的理想气体,汽缸壁是导热的,缸外环境保持恒温,活塞与汽缸壁的接触是光滑的,但不漏气,现将活塞杆缓慢向右移动,这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功.若已知理想气体的内能只与温度有关,则下列说法不正确的是( )图1043A.气体是从单一热源吸热,全部用来对外做功,此过程违背热力学第二定律B.气体是从单一热源吸热,但并未全部用来对外做功,此过程不违背热力学第二定律C.气体是从单一热源吸热,全部用来对外做功,此过程不违背热力学第二定律D.气体是从单一热源吸热,全部用来对外做功,此过程不违背热力学第一定律E.以上四种说法都不对【解析】由于气体始终通过汽缸与外界接触,外界温度不变,活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中,有足够时间进行热交换,气体等温膨胀,所以汽缸内的气体温度不变,内能也不变,该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量,即全部用来对外做功才能保证内能不变,此过程既不违背热力学第二定律,也不违背热力学第一定律,此过程由外力对活塞做功来维持,如果没有外力F对活塞做功,此过程不可能发生,C、D正确,故选A、B、E.【答案】ABE。
物理学中的热力学第二定律知识点热力学第二定律是热力学的基本定律之一,它描述了热量的传递方式以及自然界中不可逆过程的方向性。
本文将介绍热力学第二定律的基本概念、表述方式以及其应用领域。
一、热力学第二定律的基本概念热力学第二定律是关于热力学过程不可逆性的一个重要定律。
它主要包含以下几个基本概念:1. 热机热机是将热能转化为机械能的装置,例如汽车发动机和蒸汽机等。
热机的工作过程既有可逆过程,也有不可逆过程。
2. 热源和冷源热源是指能够提供热量的物体或系统,通常温度较高;而冷源是指能够吸收热量的物体或系统,通常温度较低。
3. 热量的传递热量的传递可以通过传导、对流和辐射等方式实现。
无论哪种方式,热量总是从高温物体流向低温物体。
二、热力学第二定律的表述方式热力学第二定律可以通过多种形式进行表述,其中常见的包括以下几种方式:1. 克劳修斯表述克劳修斯表述(Clausius statement)认为,不可能自发地把热量从低温物体传递给高温物体,而不引起其他效应。
2. 开尔文表述开尔文表述(Kelvin statement)认为,不可能从单一热源吸热,完全转化为功而无余热放出。
3. 普朗克表述普朗克表述(Planck statement)将热力学第二定律表述为熵的不减原理,即任何孤立系统的熵都不会减少。
三、热力学第二定律的应用领域热力学第二定律在许多领域都有重要应用,以下列举几个常见的应用领域:1. 热机效率热力学第二定律对热机效率的理论上限进行了限制。
热机效率是指工作输出与热量输入之比,根据卡诺热机的理论,最高效率可达到1-T2/T1,其中T1和T2分别为热机的高温热源和低温热源的温度。
2. 熵增定律根据热力学第二定律,孤立系统内的熵总是增加的。
这一原理被广泛应用于化学反应、生物学和工程领域等。
3. 热泵和制冷系统热力学第二定律为热泵和制冷系统的工作原理提供了理论基础。
热泵是将热量从低温区域传递到高温区域的装置,而制冷系统则是将热量从低温区域排出以降低温度。
物理学热力学第二定律知识点总结热力学第二定律是热力学的重要定律之一,它对于理解热现象和能量转化过程具有关键意义。
接下来,让我们深入探讨这一定律的相关知识点。
一、热力学第二定律的表述热力学第二定律有多种表述方式,其中比较常见的有克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述为:热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
这意味着,如果没有外界的干预,热传递只会从高温物体流向低温物体,而不会出现相反的情况。
例如,在一个寒冷的房间里放置一杯热水,热水会逐渐冷却,热量会传递给周围的冷空气,而不会出现周围的冷空气自动升温,热水变得更热的现象。
开尔文表述为:不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响。
换句话说,第二类永动机是不可能制成的。
所谓第二类永动机,是指一种能够从单一热源吸热,并将其全部转化为功而不引起其他变化的机器。
但根据热力学第二定律,这种机器无法存在。
二、热力学第二定律的微观解释从微观角度来看,热力学第二定律反映了大量分子热运动的无序性。
在任何自发的过程中,系统的熵总是增加的。
熵是用来描述系统混乱程度或无序程度的热力学概念。
当一个系统从有序状态向无序状态转变时,熵会增加。
例如,气体的自由膨胀就是一个熵增加的过程。
原本被限制在一定空间内的气体,当限制被解除后,气体会自发地扩散到更大的空间中,分子的分布变得更加无序,熵也就增加了。
三、热力学第二定律与热机效率热机是将热能转化为机械能的装置。
然而,由于热力学第二定律的限制,热机的效率永远不可能达到 100%。
以理想的卡诺热机为例,其效率取决于高温热源和低温热源的温度差。
卡诺热机的效率公式为:η = 1 T2/T1,其中 T1 是高温热源的温度,T2 是低温热源的温度。
即使是在最理想的情况下,热机也无法将从高温热源吸收的全部热量都转化为有用功,总有一部分热量要排放到低温热源中,这是由热力学第二定律所决定的。
四、热力学第二定律与能源利用热力学第二定律对能源的合理利用和开发具有重要的指导意义。